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File metadata and controls

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드론 제어 시스템 아키텍처

이 문서는 drone-task.ino에 구현된 드론 제어 시스템에 대한 개요를 제공합니다. 이 시스템은 ESP32에서 FreeRTOS를 사용하여 구축되었으며, 모듈형 태스크 기반 아키텍처를 따릅니다.

시스템 개요

드론 제어 시스템은 여러 주요 태스크로 구성되어 있으며, 각 태스크는 드론 운영의 특정 측면을 담당합니다. 이 태스크들은 뮤텍스로 보호되는 공유 메모리를 통해 통신하며, 동기화를 위해 FreeRTOS 기본 요소들을 사용합니다.

주요 태스크

1. MainSensorManagerTask (센서 관리 태스크)

우선순위: 1
코어: 1
설명: 모든 센서 데이터 수집 및 처리를 관리합니다.

하위 태스크:

  • SubSensorManager_IMUTask: IMU 센서 데이터(가속도계, 자이로스코프)를 시뮬레이션합니다.
  • SubSensorManager_BarometerTask: 기압계/고도 데이터를 시뮬레이션합니다.
  • SubSensorManager_GPSTask: GPS 위치 및 속도 데이터를 시뮬레이션합니다.
  • SubSensorManager_MagnetometerTask: 지자계/나침반 데이터를 시뮬레이션합니다.
  • SubSensorManager_MonitorTask: 주기적으로 센서 데이터를 JSON 형식으로 출력합니다.

2. MainStabilizerTask (안정화 태스크)

우선순위: 3
코어: 1
설명: PID 제어기를 사용한 비행 안정화 시스템을 구현합니다.

하위 태스크:

  • SubStabilizer_AttitudeEstimatorTask: 센서 데이터로부터 드론의 자세를 추정합니다.
  • SubStabilizer_PIDRollTask: 롤 축 안정화를 위한 PID 제어기를 구현합니다.
  • SubStabilizer_PIDPitchTask: 피치 축 안정화를 위한 PID 제어기를 구현합니다.
  • SubStabilizer_PIDYawTask: 요 축 안정화를 위한 PID 제어기를 구현합니다.
  • SubStabilizer_PIDControllerTask: PID 출력을 모터 제어 신호로 변환합니다.

3. MainMotorOutputTask (모터 제어 태스크)

우선순위: 4
코어: 1
설명: 안정화 명령에 기반하여 모터 출력을 제어합니다.

4. MainCommandTask (명령 처리 태스크)

우선순위: 2
코어: 0
설명: 고수준 비행 명령(이륙, 호버링, 착륙)을 처리합니다.

5. MainTelemetryTask (텔레메트리 태스크)

우선순위: 1
코어: 0
설명: 지상국으로의 텔레메트리 데이터 전송을 처리합니다.

6. MainFailsafeTask (안전 장치 태스크)

우선순위: 5
코어: 0
설명: 시스템 상태를 모니터링하고 필요한 경우 안전 장치 절차를 실행합니다.

태스크 흐름

graph TD
    A[MainSensorManagerTask] -->|센서 데이터| B[MainStabilizerTask]
    B -->|PID 출력| C[MainMotorOutputTask]
    D[MainCommandTask] -->|비행 명령| B
    A -->|센서 데이터| E[MainTelemetryTask]
    B -->|자세 데이터| E
    C -->|모터 데이터| E
    F[MainFailsafeTask] -->|모니터링| A
    F -->|모니터링| B
    F -->|모니터링| C
    F -->|모니터링| D
    F -->|모니터링| E
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데이터 구조

공유 변수

  • sensorData: 모든 센서 판독값 포함 (IMU, 기압계, GPS, 지자계)
  • attitude: 현재 추정된 자세 (롤, 피치, 요)
  • pidOutput: 각 축에 대한 PID 제어기 출력값
  • motors: 모터 출력값 (m1, m2, m3, m4)

동기화 기본 요소

  • mutexSensorData: 센서 데이터 접근 보호
  • mutexAttitude: 자세 데이터 접근 보호
  • mutexPIDOutput: PID 출력 접근 보호
  • mutexMotors: 모터 출력 접근 보호
  • commandQueue: 비행 명령을 위한 큐
  • flightEvents: 비행 관련 이벤트를 위한 이벤트 그룹

시스템 특성

  • 실시간 성능: 중요한 태스크는 더 높은 우선순위로 코어 1에서 실행
  • 결함 허용: 워치독 타이머 및 안전 장치 메커니즘
  • 모듈성: 각 하위 시스템이 자체 태스크로 격리됨
  • 디버깅: 광범위한 모니터링 및 충돌 보고 기능

모니터링 및 디버깅

시스템에는 다음과 같은 디버깅 기능이 포함되어 있습니다:

  • 스택 사용량 모니터링
  • 태스크 상태 보고
  • 스택 트레이스가 포함된 충돌 보고
  • 주기적인 시스템 상태 출력

통신

  • WiFi: 텔레메트리 및 지상국 통신에 사용
  • HTTP: 지상국과의 JSON 기반 통신
  • 시리얼: 디버그 출력 및 모니터링

안전 기능

  • 태스크 모니터링을 위한 워치독 타이머
  • 치명적 오류에 대한 안전 장치 메커니즘
  • 리소스 사용량 모니터링
  • 스택 오버플로우 방지